激光远场聚焦实验：450米与300米测得的关键参数与优化策略

本文主要探讨了激光远场聚焦特性实验研究，通过在室外进行450米和300米的激光聚焦实验，目标是确保光束以会聚的形式传播。实验过程中，首先对扩束准直后的光束进行了伽利略望远系统的传输，通过精密位移台精确调节负透镜与正透镜之间的间距，实现了不同距离的光斑聚焦。实验结果显示，在450米处的焦点，平均功率为47.67毫瓦，标准偏差为0.67毫瓦，显示出高精度的聚焦控制。 接着，利用光束质量分析仪对聚焦光斑的能量分布进行了测量，这是评估光束质量和性能的重要环节。为了准确地分析光斑边界，研究者采用MATLAB中的EDGЕ函数和Sobel算子进行边界提取。Sobel算子是一种边缘检测算法，能够有效地识别图像中的边缘，而53H滤波则是进一步细化处理，以减少噪声干扰，提高边缘检测的精度。实验中，当设定特定的边界提取阈值时，得到的光斑直径为5.56毫米，标准偏差为0.24毫米，光斑中心漂移量为0.56毫米，占光斑直径的10.43%，这表明了光斑的稳定性和一致性。 然而，实验发现聚焦光斑的能量损失较为严重，初步分析其原因有三个：受限孔径衍射、激光传输过程中的衰减以及像差导致的光斑弥散。其中，衍射和像差引起的衰减是主要影响因素。通过优化设计，可以减小这些影响，提升光束的聚焦性能。这项实验结果为后续的系统设计提供了宝贵的数据参考，尤其是在改善远场聚焦效果和降低能量损失方面，具有重要的实践指导意义。 总结来说，这篇文章深入研究了激光远场聚焦的实验方法，包括边缘检测技术的应用、光斑特性分析以及影响因素的识别，为提高激光系统的性能和优化设计提供了关键的数据支持。对于图像处理、远场聚焦领域的科研人员和工程师来说，这是一个值得深入研究和借鉴的研究成果。